曹谊林   

　　DOI：10.3760/cma.j.issn.1009-4598.2017.s1.000

　　作者单位：100144 北京，中国医学科学院北京协和医学院整形外科医院

　　通信作者：曹谊林，Email：Yilincao@yahoo.com 

　　组织器官缺损或功能丧失的恢复一直是临床治疗中的难题，应用有活性的组织进行修复，达到形态与功能的统一是整形外科医生追求的目标。随着医学影像、显微外科以及移植等技术的进展，采用自体组织进行组织器官重建有更多的方案可以选择，但供体不足和供区缺损的问题仍然存在。

　　组织工程学的提出、建立和发展不但为修复、替代或再生缺损组织提出了更先进的方法，而且可以缓解供区缺损和不足，同时减少住院的时间和费用[1]。因此，组织工程技术在整形外科领域有着广阔的发展前景。英国医学研究理事会认为再生医学与组织工程“有希望彻底改革21世纪医疗”，美国整形外科协会高度评价组织工程在整形外科未来发展中的作用，并强调需聚焦于基础研究向临床应用转化[2]。种子细胞、生物材料和组织构建作为组织工程技术的三要素，其相关研究的全面推进是组织工程发展的基础。

　　经典的组织工程方法是将自体成体细胞接种于支架材料，自体成体细胞最接近于原生组织且没有免疫原性，作为种子细胞是最佳选择，但其来源有限且生长缓慢限制了应用潜力。干细胞的应用实现了少量细胞构建大块组织的设想。胚胎和胎儿组织来源的干细胞，虽然增殖潜力强，但存在伦理和成瘤安全性问题。成体干细胞来源广泛，分化能力强，是目前最有应用前景的种子细胞，但仍存在分裂次数有限，累积遗传变异等不足。iPSCs技术提供了新的种子细胞来源，可以用患者自己的体细胞制备充足的干细胞，虽然不存在免疫排斥和伦理问题，但细胞的重编程可能会引起表观遗传效应[3-4]，而且，应用iPSCs构建的工程化组织植入同基因小鼠仍然会引起T细胞介导的免疫反应[5]。全面系统了解各种来源细胞的优缺点有利于选择和组合种子细胞并优化培养和构建条件。先进的仪器和技术能够更深入的了解不同类型细胞的生物学行为，如采用动态实时细胞分析检测系统、具有更高分辨率和穿透深度的双光子激发荧光显微镜和拉曼光谱仪等。

　　理想的生物材料能够为细胞生长提供支架，允许细胞的黏附、迁移、增殖和分化，促进细胞重组为有功能的3D结构。支架材料一般分为生物（有机）和合成（无机）材料。了解天然组织的成分和微结构，开发精确模拟组织结构的新型材料是组织工程材料发展的关键和趋势。目前，通过自组装、计算机建模，生物打印以及纳米技术能够设计和开发更为复杂的材料；而“功能化的”，“修饰后的”或“智能化的”生物材料，可以提供生物分子进而协调和优化细胞的黏附与生长，以及新组织的合成[6-7]。

　　在组织构建中应用更符合组织代谢的条件对组织的生长和成熟至关重要。不同组织的代谢需求不同，体现在所需的分化信号、营养渗透、气体和废物交换、PH值调节以及机械力学各异[8-9]等。生物反应器可以在体外提供和控制各种条件，除了众所周知的生长因子，如BMP,VEGF, bFGF,TGF-β等；也可提供各种复杂环境因素，包括氧压力、力学信号以及电刺激、电磁刺激等，使组织构建微环境更符合生理条件，从而构建特定形态和功能的组织[10-11]。

　　目前，应用组织工程技术构建骨、软骨、皮肤等结构性组织已较为成熟。多年来，我们研究团队应用骨髓间充质干细胞成功修复了大动物颅骨、下颌骨、股骨等骨缺损；在软骨组织工程中，应用软骨细胞和骨髓间充质干细胞修复了关节软骨缺损，在动物体内形成了具有精细三维结构和皮肤覆盖的人耳廓形态软骨。并在大量动物实验的基础上，开展了临床应用的探索。我们抽取患者少量自体骨髓，经体外培养扩增骨髓间充质干细胞后，与骨组织工程支架材料复合，然后将细胞材料复合物植入体内骨缺损部位，成功修复了包括颅骨、牙槽骨、四肢骨等先天性以及创伤、肿瘤切除术后造成的各类骨缺损病例50余例，术后随访最长超过5年，疗效稳定[12]。我们还应用小耳症患者的残耳软骨细胞，在体外与软骨组织工程材料复合后构建人耳廓形态软骨，植入体内成功修复了人耳廓畸形，随访超过2年，疗效满意。这些成果充分展示了组织工程临床应用的广阔前景，也使我国的组织工程研究处于国际先进水平。

　　整形外科涉及的多为体表组织器官缺损，对于修复体形态的要求更精确。因此，整形外科领域相关的组织工程研究更重视组织器官的塑形和形态维持。3D生物打印技术，因可个性化定制、成型精度高、重复性好等优点，将组织塑形带至新高度，特别是在颅颌面骨重建[13]、耳鼻再造[14-15]、皮肤打印[16]及乳房重建[17]等的研究和应用都取得了一定成果。此外，包括膀胱[18]、尿道[19]，鼻[20]，阴道[21]等组织的工程化构建也都有临床应用的报道，展示了组织工程技术在外科治疗中的广泛应用。但工程化组织植入体内后材料引发的炎症、材料降解时间的控制、以及工程化组织的纤维化等问题仍未有效解决，应用工程化的复合组织达到稳定修复缺损组织的长期效果还不明确。

　　此外，组织工程的临床应用还没有国际标准，尚缺乏临床应用的监管流程。由于组织工程复合物一般包含多种成分，如生物分子、细胞和材料，因此归类为复合产品，属于先进疗法医药产品类别，不能简单适用于美国食品和药物管理局或欧洲药物管理机构的医疗产品分类[22]。细胞分离、扩增、分化以及接种支架的各个过程的操作都需要通过使用批次化的试剂，明确的培养和反应器条件，以及自动化技术来进行规范完善，以确保工程化组织的质量得到控制，并符合监管要求[23]。因此，通过实施现行药品生产管理规范，在生产的全过程中实施科学的全面管理和严密监控是非常必要的。组织工程技术仍处于发展阶段，相应的监管要求也在不断发展，需要基础研究人员、临床医生、行业专家和监管机构之间进行不断沟通。近年来，国际组织工程与再生医学协会（TERMIS）与监管机构的对话逐渐增多，以便在监管要求上达成一致，保障组织工程策略的安全性和有效性[24]。

　　毫无疑问，组织工程将对整形重建外科临床的发展产生深远的影响，但也需要清醒的认识到，还存在许多制约组织工程应用和发展的问题，构建功能性的工程化复合组织器官仍然停留在实验室研究阶段，阻碍组织工程临床转化的障碍根源仍深植于基础研究的不足。只有科学研究、临床试验以及产业化的长期协调和联络，才能真正使组织工程的临床应用从潜力变为现实。

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（收稿日期：2017-07-13）